Şener Oktik Türkiye nin ve dünyanın enerji sorununa nihai çözüm: Güneş Enerjisi 44
>>> Bilim ve Teknik Haziran 2011 Yıllık Güneş Işınımı Karbon Kaynakları Petrol Kaynakları Gaz Kaynaklar Uranyum Kaynaklar Dünyanın Yıllık Enerji Tüketimi Inventux Solar Technologies 200911.164 milyon ton petrol yılı verilerine göre dünya toplam enerji tüketimi eşdeğeri (Mtep) olarak gerçekleşti. Bugünkü verilerle bu talebin % 85 ten fazlası fosil yakıtlara dayalı kaynaklardan karşılanıyor. Uzun süreli eğilimler dikkate alındığında dünya enerji talebindeki yılık artış ortalama % 1,8 civarında seyrediyor. Enerji sektörü, iklim değişikliğine neden olan sektörler arasında önlerde yer alıyor. Uluslararası Enerji Ajansı nın 2010 tarihli öngörülerine göre 2030 yılında enerji talebinin karşılanabilmesi için 20 trilyon ABD doları yatırım yapılması gerekiyor. Gelecek için yatırımların, fosil yakıtlara dayalı enerji üretimine yapılması halinde, bu günkü sera gazları düzeyinin % 50 oranında artacağı hesaplanmış. Oysa sürdürülebilir bir gelecek için küresel ölçekte sera gazlarının 2050 yılına kadar % 50 oranında azaltılması, vazgeçilemez bir ön koşul. Şekil 1: Güneş enerjisi potansiyelinin diğer enerji türleri ile karşılaştırılması Şekil 2: Almanya da Leipzig yakınlarında kurulu 40 MW gücündeki güneş enerjisi santrali Şekil 1 Güneş enerjisi potansiyelinin diğer enerji türleri ile karşılaştırılması (Kaynak : Inventux Solar Technologies) 27213 12464 7911 4279 287 401 560 750 1256 1815 2536 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Photon International Şekil 3: Güneş gözesi üretiminde artış 45
Türkiye nin ve dünyanın enerji sorununa nihai çözüm: Güneş Enerjisi Thibkstock Bu ön koşulun sağlanabilmesi için bütün ülkeler stratejik planlar yapıyor. Bu planlarda enerji verimliliği ve sürdürülebilir (yenilenebilir) enerji kaynaklarının kullanımı öne çıkıyor. Yapılan projeksiyonlarda, CO 2 salınım düzeyinin bu günkü değerinde kararlı hale getirilebilmesi için dahi, 2050 yılına dek yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı 10 milyon Megawatt gücünde enerji santralı kurulmasına ihtiyaç duyulacağı öngörülüyor. Güneş, rüzgâr, biyokütle, jeotermal, hidrodinamik, okyanus ve dalga enerjisi sürdürülebilir enerji kaynakları arasından öne çıkanlar. Bu kaynakların ısıl, mekanik, elektromanyetik, kimyasal ve fotovoltaik dönüşümlerle kullanılmasını sağlayacak teknolojiler ile bu teknolojilere dayalı güç sistemleri, bu sektörlerin değer zincirini oluşturuyor. Yenilenebilir enerji kaynakları içinde güneş enerjisi en yüksek potansiyele sahip enerji türüdür. Yapılan hesaplamalara göre dünyanın gereksinim duyduğu enerjinin çok büyük kısmı Güneş tarafından sağlanıyor. Şekil 1 de güneş enerjisi potansiyeli diğer enerji türleri ile karşılaştırılıyor. Burada temel sorun, güneş enerjisini ulaşılabilir bir maliyetle diğer enerji türlerine dönüştürmek. Dönüşüm maliyetinin uygun değerlere indirilmesi halinde diğer enerji türlerine ihtiyaç kalmayacak. Şekil 5: Dünyadaki fotovoltaik güç sistemlerinin toplam kurulu gücü çelik alttaş üzerine kaplanan ince yarı iletken tabakalardan oluşur. İnce film sistemlerinin en önemli avantajı, daha az malzeme kullanıldığı için maliyetin düşük olmasıdır. Amorf-Silisyum (A-Si), Kadmiyum Tellür/Kadmiyum Sülfür (CdTe/CdS) ve Bakır İndiyum Galyum Selen (CIGS) malzemelerinden oluşturulan gözeler, bu tür güneş gözelerinin başlıcalarıdır. Burada sözü edilen güneş gözeleri bir araya getirilerek büyük güç istasyonlarının kurulması mümkündür. Bu istasyonların en büyüklerinden biri Şekil 2 de görülen, Almanya daki 40 MW gücündeki güneş enerjisi santralidir. Fotovoltaik güç teknolojilerinin gelişimi büyük bir hızla sürüyor. 2009 yılındaki genel ekonomik krizle başlayan dönemde yatırımlarda duraklama gözlenmesine rağmen, güneş gözesi üretim kapasitesi 2009 da 20 GWp civarında iken 2010 da 36 GWp büyüklüğünü aşmıştır. Buna bağlı olarak 2010 yılında toplam göze üretimi bir önceki yıla göre % 118 artarak 27 GWp olmuştur. Göze üretiminin son yıllardaki değişimi Şekil 3 te görülüyor. Bu üretimin mevcut teknolojilere dağılımı ise Tablo 2 e görülüyor. Gaëtan Masson EPIA Fotovoltaik Güç Sistemleri Güneş enerjisini elektrik enerjisine doğrudan dönüştürmekte kullanılan en yaygın yöntem fotovoltaik güneş gözesi teknolojisidir. Fotovoltaik güneş gözeleri yarı iletken malzemelerden üretilen ve üzerine güneş ışını geldiğinde elektrik üreten elektronik aygıtlardır. En eski ve günümüzde en yaygın kullanılan göze türü, silisyum (Si) dilim üzerine üretilen göze türüdür. Bu tür gözeler mevcut fotovoltaik pazarının % 85 ini oluşturuyor. Si dilim teknolojisine alternatif olan ince film güneş gözeleri, cam ya da Göze Üretim Teknolojisi 2009 (%) 2010 (%) Tek kristalli silisyum 43,2 52,9 Çok kristalli silisyum 37,8 33,2 İnce film silisyum (amorf, mikro kristal ve mikromorf) 9 5,3 Kadmiyum tellür ince film 6,1 5 CIGS, CIS ince film 1,7 1,6 Ribon silisyum 1,4 1,2 Diğer teknolojiler 0,9 0,8 Tablo 1: Fotvoltaik göze üretiminin sektördeki payları, 2009 ve 2010 Photon International 46
>>> Bilim ve Teknik Haziran 2011 The international PV trading platform pvxchange Güneş enerjisinin daha fazla yaygınlaşmasının önündeki en önemli engel hâlâ biraz yüksek olan fiyatı. Ancak üretim hacmindeki büyüme, Ar-Ge çalışmaları sonucu artan verim ve düşen üretim maliyetleri, fotovoltaik sistemlerin fiyatında düzenli bir düşüşe neden oluyor. 2015 modül fiyatlarının 2010 fiyatlarından % 37 ila % 50 daha ucuz olması öngörülüyor. 2010 fotovoltaik modül fiyatlarında Ocak- Şubat 2011 bir aylık ve Şubat 2010-Şubat 2011 bir yıllık değişimler aşağıdaki tabloda özetleniyor. Bu tablodan da anlaşılacağı gibi, güneş enerjisi fiyatları düşüyor ve kısa bir zaman içinde diğer enerji türlerinin fiyatını yakalayacak. Modül fiyatlarındaki bu düşüş fotovoltaik güç sistem fiyatlarına ve üretilen enerji fiyatlarına da yansıyor. Modül Tipi ve Üretildiği Ülke Kristalli silisyum Almanya Kristalli silisyum Çin Kristalli silisyum Japonya İnce film CdS/CdTe ABD / Wp Ocak-Şubat 2011 Değişim (%) 1,67-2,3-15,7 1,41-4,1-7,2 1,61-1,2-11,5 1,22-2,4-21,3 İnce film a-si 1,08 0,0-14,3 İnce film a-si/µ-si 1,23-2,4-14,6 Tablo 2: Fotovoltaik modüllerin fiyatları ve fiyat değişimleri Şubat 2010- Şubat 2011 Değişim (%) Şekil 4 de 2010 verileri ile fotovoltaik güç sistemlerinin maliyetlerine bağlı olarak üretilecek elektrik enerjisi maliyetleri güneş radyasyonuna göre hesaplanıyor. Aynı şekil üzerinde farklı eyaletlerdeki elektrik satış fiyatlarına bağlı olarak uygulanabilir alanlar işaretlenmiştir. Bu şekilde gösterilen değerler umut verici. Güç sistemlerinin kurulum maliyetinin 2$/W ın altına düşmesi halinde diğer teknolojilerle teşvik gerekmeden rekabet edebilir hale gelecek. Enerji Maliyeti (2010) $0.35 $0.30 $0.25 $0.20 İngiltere $0.15 Kaliforniya $0.10 $0.05 $0 Güney Eyaletler Amerika nın diğer bölümleri 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 Güneş Radyasyonu (kwh/m 2 -day) Şekil 4: Fotovoltaik güç sistemlerinin kurulum maliyetlerine göre, üretilecek elektrik enerjisi maliyetlerinin güneş radyasyonuna göre değişimi Fotovoltaik Güç Sistemi Kurulum Maliyeti $ 3/watt $ 2/watt $ 1/watt EIA Thinkstock Bugün gelişmiş otuz yedi ve gelişmekte olan yirmi üç ülke yenilenebilir enerjiler için teşvik veriyor. Üretilen enerji sisteme beslendiğinde yüksek birim fiyattan belirli süre satın alma garantisi biçimindeki teşviklerin çoğu kısaca şebeke besleme tarifesi olarak özetlenebilir. Maliyetlerin büyük ölçüde düşmesi birçok ülkede fotovoltaik sektöründeki teşvikleri çok cazip hale getirdi. Bu nedenle Almanya ve İspanya başta olmak üzere Avrupa ülkelerinin bazılarında kurulumlar sürdürülemez bir hız kazandı. Son yıllarda teşviklerin yeniden gözden geçirilip teşvik oranları önemli ölçüde azaltılmış olmasına rağmen, 2009 la karşılaştırıldığında 2010 yılı kurulum artışı % 139 olarak gerçekleşti. 2010 yılında 18 GWp tın üstünde kurulum gerçekleşirken dünyadaki toplam fotovoltaik güç 40 GWp değerine yaklaştı. Türkiye de Fotovoltaik Güç Sektörünün Potansiyeli Sürdürülebilir enerji kaynaklarına dayalı enerji üretiminde bütün dünya 2020 yılı için hedefler koymuştur. Türkiye için 2010 yılı değerlendirmesi yapılırsa, ülkemizin toplam enerji talebinin 110 milyon ton petrol eşdeğeri (Mtep) aştığı tahmin edilirken, toplam talebin 2010 yılında 126 Mtep, 2020 yılında ise 222 Mtep olacağı öngörülüyor. Elektrik enerjisine olan talep son yıllarda önemli ölçüde arttı. 2007 yılında 192 milyar kws olan elektrik enerjisi üretimi 2010 yılında 210 milyar kws ulaşmıştır. Dünyada elektrik enerjisine olan talep artışının en yüksek olduğu ülkeler arasında yer alan Türkiye de ekonomik kriz sonrası talep artışı yavaşlamış gibi görünse de 2020 yılına kadar bugünkü elektrik enerjisi üretim kapasitemiz olan yaklaşık 46.000 MW lik gücümüzü ikiye katlamamız gerekiyor. 47
Türkiye nin ve dünyanın enerji sorununa nihai çözüm : Güneş enerjisi Ülkemizin yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretme potansiyeli, 2010 yılı sonu itibarı ile kurulu güç ve 2023 hedefleri, Tablo 4 de özetleniyor. Fotovoltaik üretimde potansiyelin büyüklüğüne karşın kurulumlar ve geleceğe yönelik projeksiyonlar oldukça belirsiz görünüyor. Sürdürülebilir (Yenilenebilir) Enerji Kaynakları Hidroelektrik Gerçekleştirilebilir Potansiyel 37GW + 5GW Küçük Hidro Kurulu Güç 2010 Kurulum Projeksiyonu 2023 15 245 MW Gerçekleştirilebilir potansiyelin tamamı Rüzgâr 87 GW ~1200MW 20GW Jeotermal 2G MW 100 MW 600MW Fotovoltaik (~1500kWh/ KWp) Yoğunlaştırılmış güneş Biyokütle 450-500 GW ~5-8 MW 7-10 GW (Resmi bir hedef koyulmamış) 81MW Tablo 4: Türkiye nin yenilenebilir enerji potansiyeli, 2010 itibari ile kurulu güç ve 2023 hedefi 1GW Elektrik İşleri Etüt İdaresi (www.eie.gov.tr) verilerine göre ülkemizde yıllık ortalama güneş enerjisi radyasyonu 1527kWh/m 2 ve yıllık ortalama güneşlenme süresi 2738 saattir (günlük ortalama 7,5 saat). Bu günkü teknolojilerle ulaşılan noktada konvansiyonel yolla üretilen elektrik enerjisi maliyetlerine yakın maliyetlerle fotovoltaik elektrik enerjisi üretilebilecek bölgeler (metrekareye düşen güneş enerjisi radyasyonu >1650kWs) arasında fotovoltaik güç sistemlerinin kurulumuna uygun alanlar, Elektrik İşleri Etüt İdaresi tarafından yapılan bir ön çalışmada 4600 km 2 civarında olarak belirlenmiştir. Bu bölgelerde bugünkü teknolojilerle kurulacak fotovoltaik güç 450-500GWp ve üretilebilecek elektrik enerjisi ~650-700 milyar kws olarak hesaplanmaktadır (http://www.uftp.org.tr). Türkiye nin 2010 yılı toplam tüketimi 210 Milyar kws olarak gerçekleşmiştir. Görüldüğü gibi resmi veriler, güneş enerjisi potansiyelimizin ihtiyacımız olan enerjiden çok daha fazlasını güneşten sağlayabileceğimizi gösteriyor. Uluslararası kuruluşlar tarafından yapılan değerlendirmelerde Türkiye fotovoltaik güç santral yatırımları açısından cazip bir ülke olarak öne çıkıyor. Yapılan hesaplamalar, ülkemizdeki elektrik enerjisi tüketici fiyatları bandı göz önüne alındığında, anahtar teslimi kurulum maliyetlerinin 2 / 48
Wp düzeyine inmesi ile Türkiye nin bir çok bölgesinde ve kurulum maliyetlerinin 1,5 /Wp düşürülmesi ile de ülkemizin tamamında Güneş ten doğrudan elektrik elde etmek için yapılacak yatırımların reel olarak cazip hale geleceğini gösteriyor. Fotovoltaik güç santrallerinin kurulum maliyetleri farklı çalışma grupları tarafından farklı değerlendiriliyor. Ancak ortaya çıkan birim maliyetler birbirine oldukça yakın, örneğin Rock Mountain Institute tarafından Eylül 2010 da yapılan değerlendirmede büyük ölçekli arazi kurulumları için 1 Megawatt başına 3,5 milyon $ (2,5milyon ) tahmin edilirken, EPI- A (European Photovoltaic Industries Association) tarafından yapılan bir değerlendirme 1 Megawatt başına 2,5-3,0 milyon bandında. Her iki çalışmanın öngörüleri de sistem kurulum maliyetlerinin yakın gelecekte 2 milyon /Megawatt düzeyinin altına ineceği yönünde. Bu öngörülerin ışığında fotovoltaik güç santrallerinin, bugünkü teşviklerin sınırlı olmasına karşın, yakın gelecekte Türkiye nin enerji yatırımlarında cazip bir seçenek olarak yer alması kaçınılmaz. Ne Yapılmalı? Fotovoltaik güç dönüşümün kalbi olan güneş gözelerinin ana malzemesinden başlayarak anahtar teslim fotovoltaik güç sistemine kadar fotovoltaik sektörün değer zincirinde yer alan paydaşları şöyle sıralayabiliriz: Enerji üretiminde, dağıtımında ve tüketiminde yer alan kamu ve özel sektör kuruluşları, göze üretimi ile ilgili tüm endüstriler, modül üretiminde kullanılan bütün bileşenlerin üreticileri ve tedarikçileri, modül üreticileri, bu alanların yan sanayi tedarikçileri, fotovoltaik güç sistemleri kurulum sektörü (planlama ve uygulama) ve bunlara ürün sağlayan tüm yan sanayiler, sistem izleme sektörü, lojistik servis sağlayıcılar, enerji depolama sektörü, elektrik enerjisi iletim ve dağıtım sektörü, inşaat sektörleri, mimarlık ve mühendislik sektörü, ulaşım sektörü, medya <<< ve bu alanlarda araştırma ve geliştirme kuruluşları. Bu liste daha da uzatılabilir. Listedeki bütün paydaşlar arasında, değişik düzeylerde kurulacak doğru ilişkiler ile fotovoltaik sektörünün gelişmesi ve güçlenmesi sonucu ile fotovoltaik enerji ülkemizin enerji alternatifleri arasında yerini alabilir. Fotovoltaik teknolojinin ülkemizde gelişmesi, güneş enerjisinin yaygınlaşması açısından çok önemlidir. Ülkemiz sanayisinin olgunluk kazandığı çok sayıda alanda, güneş enerjisini de kullanan alt sektörlere transfer edilebilecek birikim var. Güneş enerjisi alt sektörlerinde ülkemizde henüz endüstriyel örnekler olmadığı için, girişimcilerin tedirgin yaklaşımları uluslararası ortaklıklar ve güçlü devlet teşviki ile aşılabilir. Bu alanlara yatırım planlarına başlanmalı ve yakın gelecekte pilot uygulamalar araştırma kuruluşları ile işbirliği içinde başlatılmalıdır. Değer zincirinin, modül üretimi ve bu üretimle ilgili göze dışında bütün bileşenler, güç elektroniği, güç santrallerinin planlanması, kurulumu, işletilmesi, bakımı, geri dönüşüm sektörü ve bunların finansmanı gibi halkalarında Türkiye endüstriyel ölçekte olgunluğa sahip. Bu alt sektörlerde faaliyet gösteren yüzü aşkın firma ulusal olduğu kadar uluslararası faaliyetler de yapıyor. Fotovoltaik sektöründe işbirliği hedefi ile TÜBİTAK destekli kurulan Ulusal Fotovoltaik Teknoloji Platformu, UFTP (http://www.uftp.org.tr) ve platformdan doğan Güneş Enerjisi Sanayicileri ve Endüstrileri Derneği, GENSED (http://www.gensed.org/) başta olmak üzere birçok sivil inisiyatif bu alanda örgütlenme çabasında. Ülkemizin büyük bir bölümünde, özellikle güney ve güney doğu bölgelerinde, fotovoltaik yolla üretilen elektrik enerjisi serbest piyasa elektrik fiyatları ile rekabet edecek düzeye çok yakın. Fotovoltaik güç sistemlerindeki maliyetlerin hızla düşme eğilimi, var olan teşviklerle fotovoltaik güç santralı kurmayı yakın gelecekte ticari anlamda çekici hale getirecek. Türkiye nin enerji talebindeki büyüme ve bu alanda yapılan yatırımlar göz önüne alındığında, enerji karışımında fotovoltaik gücün yer alması kaçınılmaz. Dünya genelinde büyüme hızı bütün sektörlerin önünde olan fotovoltaik güç sektöründe, ülkemiz sanayisinin hem yurtiçi hem de uluslararası pazarda yer alma ve büyük aktör olma potansiyeli var. Sanayimizin birikimlerini bu alana transfer edebilmesi başlangıçta önemli bir devlet desteğine, bir can suyuna, ilgili prosedürlerin kolaylaştırılmasına ve doğru adımları doğru zamanda atabilmek için sağlıklı bir yol haritasına ihtiyacı var. Bilim ve Teknik Haziran 2011 Prof. Dr. Şener Oktik, İngiltere deki Durham Üniversitesi nden Uygulamalı Fizik ve Elektronik alanında Doktor ve 1986 yılında Katıhal Fiziği Anabilim Dalında Doçent unvanını aldı. Prof. OKTİK, İngiltere de iki büyük firmanın Araştırma Laboratuvarları nda ve Durham Üniversitesi (İngiltere), Lecce Üniversitesi (İtalya), Stuttgart Üniversitesi nde (Almanya) öğretim üyesi olarak görev yaptı. Muğla Üniversitesi nde 1998-2002 yılları arasında Rektör Yardımcılığı ve 2002-2010 yılları arasında Üçüncü ve Dördüncü Dönem Rektörlük görevlerini yürüttü. Ocak 2011 den bu yana bir firmanın enerji ve Ar-Ge alanlarından sorumlu Genel Koordinatör yardımcılığı görevlerini yürütüyor. 49